實驗室通風與系統控制

?行業資訊 ????|???? ?2020-01-02
         實驗室逐漸趨向大型化、集結化、綜合化,對實驗室通風空調系統提出了更高要求。為了滿足市場需求,通風空調系統的設備和相關技術也在迅速的發展完善。對于實驗室通風空調系統的設計要求不外乎以下5點:

(1)安全性;(2)經濟性;(3)實用性:(4)靈活性;(5)舒適性。
目前,排風柜、萬向罩作為通風系統中最關鍵,其性能將直接影響到實驗室人員的身體健康甚至生命安全;實驗室綜合性能要依靠整個通風空調系統的良好配合來保障。特別是全年空調實驗室,高能耗與局部高速低溫氣流(draught)引起人們高度重視。勘探開發研究院實驗中心實驗室集成項目正面臨這樣的問題,對于目前品種繁多的排風柜以及多樣的通風空調系統控制策略,項目經理部根據實際工程需要設計選用實驗室的通風及控制系統。

1

選用適宜的實驗室通風柜


實驗室通風柜是實驗室操作人員最重要的防護屏障,應選用氣流組織較好的實驗室通風柜。同樣的通風柜排風量,柜內氣流組織差的通風柜,通風柜調節門進風口面風速不均勻,易泄漏有害氣體;柜內有渦流區,造成柜內有害氣體濃度積聚,排風效果不好,對操作人員安全造成威脅。設計較好的實驗室通風柜,在操作過程中,應保證通風柜調節門從關閉到最大開啟度的過程中,調節門進風面風速始終保持在0.5m/s±20%,并且面風速均勻。實驗表明,面風速過小,<0.3m/s,操作人員擾動易造成通風柜內有害氣體外溢,對操作人員造成危害。通風柜調節門進風面風速過大,>0.8m/s,也易造成柜內有害氣體外溢。通風柜內排風氣流應均勻,減少渦流,避免有害氣體濃度積聚,及時排出有害氣體。通風柜的形式、規格很多,還有一些滿足特殊要求的通風柜,如防爆型等。可根據實驗室具體要求選用。

實驗室通風柜通常配監控器。監控器主要功能包括:

(1)通風柜調節門進風面風速實時顯示。

(2)通風柜前有人操作、無人操作模式控制(無人操作時降低風量,按60%風量運行)。也可采用區域存在傳感器,自動探測通風柜前有無操作人員。

(3)緊急情況按鈕(有試劑泄漏等緊急情況時,加大通風柜排風量)。


2

實驗室氣流組織,送、排風控制閥設置


實驗室通風柜內氣流組織由通風柜設備結構實現,通風柜排風支管安裝變風量閥,應保證通風柜排量與通風柜運行狀態相適應,有人操作時,通風柜調節門進風面風速始終為0.5m/s±20%。無人操作時為0.3m/s。在通風柜調節門關閉時,應保證通風柜保持適當的最小排風量,一般為額定風量的20%,通風柜下部有試劑柜時,試劑柜排風量約75m3/h。實驗室內萬向排風罩排風匯總管裝定風量閥,保證萬向排風罩排風量。為保證實驗室排風效果及維持室內溫、濕度,應設置實驗室最小排風換氣次數,白天有人操作時8~10次/h,夜間無人操作時4~6次/h;若實驗室各通風柜及萬向排風罩最小排風量不能滿足實驗室最小換氣次數要求時,應在實驗室增設室內排風口,在排風支管裝變風量閥,保證實驗室達到最低排風換氣次數要求。為避免實驗室氣流滲出實驗室,造成交叉污染。應控制實驗室相對走廊或辦公區為負壓。在實驗室送風支管裝變風量閥,控制實驗室送風量與實驗室各排風量差值始終為定值,維持實驗室壓差恒定。實驗室氣流控制圖見圖1、圖2。


圖1實驗室氣流控制圖下載原圖

圖2實驗室送、排風量表下載原圖

在實驗室布置時,應盡可能減少送風氣流、人員對通風柜調節門進風口擾動。實驗室送風量較大,實驗室送風口可采用孔板靜壓箱送風口,擴大送風口面積,控制送風孔板出口風速,通風柜調節門前送風風速宜<0.25m/s。通風柜前操作通道應足夠寬敞,保證操作人員走動時,距通風柜面板0.6m以上,避免人員走動影響通風柜氣流。通風柜調節門應遠離實驗室門,避免開門對通風柜氣流影響。


3

合理確定實驗室送、排風系統最大風量


實驗室送、排風系統一般帶多個實驗室。實驗室送、排風系統最大風量的確定,應根據所帶實驗室數量及實驗室運行模式,考慮適當的通風柜運行同時系數。實驗室送、排風系統風量即要滿足實驗室最大運行風量要求,也不要盲目擴大風量,甚至取通風柜同時運行系數為1,造成空調通風系統及相關冷熱源設備選型過大,增加初投資;國外資料顯示,實驗室通風柜每天有人員操作的時間平均少于1h。

實驗室通風柜的額定排風量可根據通風柜調節門的最大開門面積,按面風速0.5m/s計算獲得,也可依據通風柜樣本。通風柜調節門關閉時最小排風量可按額定風量20%確定。實驗室萬向排風罩排風量根據不同規格選取,一般75萬向排風罩排風量為200m3/h。實驗室排風系統排風機宜采取調頻控制,保持排風系統干管最遠點靜壓恒定。使排風機風量與系統排風量相一致。減少排風機耗電量,維持排風系統風管壓力恒定,提高排風管風量控制閥精度。同時,實驗室送風系統空調機組送風機也宜采取調頻控制,送風量應與實驗室排風系統排風量相一致。因實驗室為全新風系統,送風空調系統能耗非常高。在滿足實驗室補風要求前提下,盡可能減少送風量,節能實驗室空調能耗。實驗室空調通風系統圖見圖3。


4

實驗室送、排風系統控制閥選擇及控制系統


要實現實驗室理想的氣流組織,送、排風系統風量控制閥及控制系統是關鍵,其占實驗室空調通風系統投資比重也比較大。用于實驗室送、排風系統的變風量、定風量控制閥類型有閥、文丘里閥等,品牌很多,控制系統工作原理各不相同,風量閥反應速度、控制精度、風量可調節比、可靠性、初投資、維護費用差別較大。這里以數字式文丘里風量控制閥為例,說明風量控制閥選型要求。(1)反應速度快,系統的響應時間<1s,達到最終控制要求風量值或系統穩定<1s。風量控制精度高,風量控制精度<±5%的指令信號。在通風柜調節門啟閉過程中,始終能保持柜門面風速0.5m/s±20%。(2)風量可調節比高,閥門精確的調節比為10∶1。高調節比,系統可利用的參差系數大,可適用于大的排風系統及通風柜數量較多的房間。特別是對通風柜數量較多的房間,通風柜的排風閥調節比大,可降低通風柜最低運行風量,有效降低通風柜的低風量運行能耗。增大排風系統,可減少排風系統數量,減少送、排風管道、建筑管井數量,減少送、排風系統管道占用建筑空間。(3)控制方式采用位移傳感器控制,且在150~750Pa閥前后壓差范圍內,與壓力無關,閥內氣囊可自動平衡閥前后壓差變化影響。控制簡單可靠,閥前后不需預留氣流穩流管段,安裝方便。沒有風速傳感器等部件,不需定期清洗校驗傳感器。控制閥壓力無關性,可保證系統接入通風柜數量不受影響,且系統穩定性好。(4)每臺風量控制閥自帶控制器,可相互聯網。


圖3實驗室空調通風系統圖下載原圖


每臺通風柜排風支管裝1臺Phoenix變風量數字式文丘里控制閥,根據通風柜監視器反饋的通風柜調節門開啟高度,及運行狀態(有人或無人),控制通風柜的排風量。在實驗室各萬向排風罩排風匯總管上安裝1臺定風量數字式文丘里控制閥,造價較數字式變風量文丘里控制閥低,保證實驗室萬向排風罩排風量。實驗室排風口排風管裝1臺慢變風量數字式文丘里控制閥,造價較變風量閥低。在實驗室通風柜、萬向排風罩排風量低于實驗室設定最低排風換氣次數時,打開實驗室排風口,保證實驗室最低排風換氣次數。在實驗室送風支管上安裝1臺變風量數字式文丘里控制閥,根據實驗室各排風閥風量,控制實驗室送風量,保證實驗室送風量與排風量差值恒定,維持實驗室壓差恒定。


5

節能


實驗室空調通風系統,通常為直流風。送風空調機將室外風處理到送風狀態點,送入實驗室內,補充實驗室排風,維持實驗室內溫、濕度,因為實驗室送風量很大,特別是有多臺通風柜的實驗室,空調機處理送風溫、濕度的能耗很高,占實驗室能耗和運行電費的比重很大。實驗室空調送風系統節能的主要手段是在保證實驗室安全的前提下,盡量減少排風量,相應減少空調送風量。

實驗室通風柜,大部分時間為無人操作或調節門關閉狀態,采用高性能的送、排風風量控制閥,根據實驗室各通風柜運行狀態不同,始終以最小風量滿足通風柜排風要求,送風量也始終保持最小值,在保證實驗室安全的前提下,節省實驗室送風空調系統能耗。即使工程中選用高性能送、排風控制閥費用有所增加,但綜合考慮實驗室運行電費的降低,空調通風系統及相關冷熱源等設備的費用減少,在實驗室壽命周期內,空調通風系統綜合費用還是大幅減少。據資料顯示,實驗室每減少1m3/hr空調送風量,每年減少運行電費10~12元。


6

其它


對于強酸堿等有腐蝕性氣體揮發的實驗室排風系統風管應采用pp管或塑料管等耐腐蝕風管。實驗室通風柜排風支管風量控制閥,萬向排風罩排風管風量控制閥應選用有防腐涂層的防腐型閥。排風機應采用玻璃鋼或涂防腐涂層的防腐型風機。實驗室排風應在屋面上向高空排放。如有必要,實驗室排風應經吸收塔處理后排放。多層實驗室送、排風系統宜按豎向劃分,減少水平送、排風管,減少送、排風管占用建筑空間。實驗室建筑層高宜≥4.80m,預留通風柜頂排風豎管安裝風量控制閥空間。